BLAKE3 1.0 krüptograafilise räsi viite teostuse väljalaskmine

Kryptoühenduse hajutatud hash-funktsiooni BLAKE3 1.0 viimane versioon pakub erakordselt kõrget hash'i arvutamise kiirus, säilitades samas usaldusväärsuse, mis vastab SHA-3 tasemele. 16 KB faili hash'i genereerimise testis ületas BLAKE3 256-bitise võtmega SHA3-256 17 korda, SHA-256 14 korda, SHA-512 9 korda, SHA-1 6 korda ning BLAKE2b 5 korda. Märkimisväärne eelis püsib ka siis, kui töödeldakse väga suuri andmehulki; näiteks oli BLAKE3 1GB juhuslike andmete hash'i arvutamisel kiirem kui SHA-256 8 korda. BLAKE3 viidatud rakenduskood on saadaval C ja Rust keeltes ning jagatakse kahe litsentsi — avaliku domeeni (CC0) ja Apache 2.0 — all.

Hashi funktsioon on mõeldud sellisteks rakendusteks nagu failide terviklikkuse kontrollimine, sõnumite autentimine ja krüptograafiliste digiallekirjade andmete genereerimine. BLAKE3 ei ole mõeldud paroolide hashimiseks, kuna selle eesmärk on võimalikult kiire hash'ide arvutamine (paroolide puhul soovitatakse kasutada aeglaseid hash'fufunksioone nagu yescrypt, bcrypt, scrypt või Argon2). Räägitud hash-funktsioon ei ole tundlik hash'itavate andmete suuruse suhtes ja on kaitstud kokkulangevuse ja eelkäijate leidmise rünnakute eest.

Algoritmi on välja töötanud tuntud krüptograafia spetsialistid (Jack O’Connor, Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O’Hearn) ning see jätkab BLAKE2 algoritmi arendamist ja kasutab kodeerimise jaoks plokkide ahelate puu mehhanismi Bao. Erinevalt BLAKE2-st (BLAKE2b, BLAKE2s) on BLAKE3 kõigi platvormide jaoks välja pakutud ühtne algoritm, mis ei ole seotud sõiduki mälukasutuse ja hash'i suurusega.

Jõudluse tõstmine õnnestus saavutada ringide arvu vähendamisega 10-lt 7-le ja plokkide tükkide kaupa eraldi hashimisega 1 KB. Loovutajate sõnul leiti veenev matemaatiline tõestus, et 7 ringiga saab hakkama ilma 10 ringita, säilitades sama usaldusväärsuse (näiteks võib tuua viljade mikserdamise näite — 7 sekundi pärast on viljad juba täielikult segatud ja lisakolme sekundi mõju segu konsistentsile ei avalda). Kuigi mõned teadlased väljendavad kahtlust, arvan nad, et kuigi 7 ringi on praegu piisav, et vastu seista kõikidele tuntud rünnakutele hashidele, võivad lisatäiendavad 3 ringi olla tulevaste uute rünnakute avastamisel kasulikud.

BLAKE3 jagab andmed plokkideks, iga plokk on 1 KB suurune ja neid hash'itakse iseseisvalt. Plokkide hash'idest luuakse Merkle puu abil üks suur hash. Selline jaotus lahendab parameetrite paralleelse töötlemise probleemid hash'i arvutamisel — näiteks saab kasutada 4-kernilisi SIMD-i käske 4 ploki hash'ide samaaegseks arvutamiseks. Traditsioonilised SHA-* hash-funktsioonid töötlevad andmeid järjestikku.

BLAKE3 omadused:

• Kõrge tulemuslikkus, BLAKE3 on märksa kiirem kui MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-3 ja BLAKE2.
• Turvalisus, sealhulgas vastupidavus sõnumi pikendamise rünnakutele, millest on haavatav SHA-2;
• Saadaval on võimalused Rusti keeles, mis on optimeeritud SSE2, SSE4.1, AVX2, AVX-512 ja NEON käsu kasutamiseks.
• Arvutuste paralleelset töötlemist toetatakse mis tahes arvu kernide ja SIMD-kanalite puhul.
• Võimalus inkrementaalseks uuendamiseks ja kinnitatud voogude töötlemiseks;
• Kasutamine režiimides PRF, MAC, KDF, XOF ja tavalise hash'ina;
• Üksik algoritm kõigi arhitektuuride jaoks, kiire nii x86-64 süsteemidel kui ka 32-bitistes ARM-protsessorites.

Peamised erinevused BLAKE3 ja BLAKE2 vahel:

• Kasutatakse binaarset puustruktuuri, mis võimaldab saavutada piiramatut paralleelsust hash'i arvutamisel.
• Ringide arvu vähendamine 10-lt 7-le.
• Kolm töörežiimi: hashimine, võtmega hashimine (HMAC) ja võtme genereerimine (KDF).
• Võtmega hashimise korral puuduvad lisakulud, tänu varem võtme parameetrite ploki poolt hõivatud piirkonna kasutamisele.
• Sisseehitatud mehhanism, mis töötab pikendatava tulemuse funktsioonina (XOF, Extendable Output Function), mis võimaldab paralleelse töötlemise ja positsioneerimise (seek).

Allikas: opennet.ru